LK (ยานอวกาศ)

LK
LK-3
ประเภทภารกิจ	การลงจอดบนดวงจันทร์
ผู้ดำเนินการ	สหภาพโซเวียต
ข้อมูลยานอวกาศ
ยานอวกาศ	LK
ชนิดยานอวกาศ	ยานลงดวงจันทร์
ผู้ผลิต	OKB-586
มวลขณะส่งยาน	5,560 ถึง 6,525 กิโลกรัม
ขนาด	5 ลูกบาศก์เมตร
เริ่มต้นภารกิจ
จรวดนำส่ง	Soyuz-L (ทดสอบในวงโคจร) N1 (ตามแผนการลงดวงจันทร์)
ฐานส่ง	Baikonur 31/6
ผู้ดำเนินงาน	สหภาพโซเวียต
ตำแหน่งปล่อยตัว	ท่าอวกาศยานบัยโกเงอร์
เริ่มปฎิบัติงาน	24 พฤศจิกายน ค.ศ. 1970
สิ้นสุดภารกิจ
การกำจัด	เผาไหม้ในชั้นบรรยากาศโลก
ประกาศเมื่อ	พฤษภาคม ค.ศ. 1974
ลักษณะวงโคจร
ระบบวงโคจร	LEO (Kosmos 379 และ Kosmos 398) MEO (Kosmos 434)
ความเอียง	51.5-51.6 องศา

LK (ภาษารัสเซีย: ЛК, มาจากคำว่า Лунный корабль, Lunniy korabl, แปลว่า ยานดวงจันทร์ (Lunar craft); GRAU index: 11Ф94) เป็นยานลงดวงจันทร์แบบมีคนควบคุมที่ถูกพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1960 โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการอวกาศโซเวียต มันมีหน้าที่ที่คล้ายกับยานลงดวงจันทร์ของอเมริกา (Apollo Lunar Module, LM)

มียาน LK จำนวนหนึ่งที่เคยถูกส่งขึ้นไปยังวงโคจรโลกแบบไร้คนขับ แต่ไม่เคยมียาน LK ลำใดที่เคยไปถึงดวงจันทร์เนื่องมาจากการพัฒนาโครงการจรวด N1 ที่จำเป็นต่อการไปยังดวงจันทร์พบกับความล้มเหลว จากการส่งจรวดที่ล้มเหลวหลายต่อหลายครั้ง และการลงดวงจันทร์ครั้งแรกได้ถูกพิชิตโดยนักบินอวกาศของอเมริกาแล้ว จึงทำให้ทั้ง N1 และโครงการ LK ได้ถูกยกเลิกโดยไม่มีการพัฒนาต่อไป

แผนการเดินทาง N1-L3

เซียร์เกย์ โคโรเลฟ หัวหน้าวิศวกรจรวดและผู้ออกแบบยานอวกาศของโซเวียตในยุคทศวรรษที่ 1950 และ 1960 ได้วางแผนที่จะนำแนวคิดเรื่องแผนการเดินทางไป-กลับดวงจันทร์จากโครงการอะพอลโลมาใช้ ยานดวงจันทร์ L3 ประกอบไปด้วย ยานบังคับการ LOK ( Lunniy Orbitalny Korabl หรือ Soyuz 7K-L3) (ยานโซยุซรูปแบบหนึ่ง) และยาน LK โดยที่ L3 จะบรรทุกนักบินอวกาศ 2 คนไว้ด้านบนของจรวดขับดัน 3 สเตจขนาดใหญ่ "N1" นอกจากนี้ยังมีสเตจที่ 4 หรือ บล็อก G ที่จะใช้ส่ง L3 (LOK และ LK) ออกจากวงโคจรโลกไปยังดวงจันทร์ และมี สเตจที่ 5 หรือ บล็อก D ทำหน้าที่ชะลอยานเพื่อเข้าสู่วงโคจรดวงจันทร์ และใช้ชะลอยานเพื่อจะลงจอดบนดวงจันทร์ในขั้นต้น

วงโคจรดวงจันทร์

เครื่องยนต์ของ บล็อก D จะจุดเครื่องยนต์ เพื่อชะลอ L3 ให้เข้าสู่วงโคจรดวงจันทร์ หลังจากนั้น เมื่อยานเข้าสู่วงโคจรดวงจันทร์แล้ว นักบินอวกาศหนึ่งคนจะทำการเดินอวกาศจาก LOK ไปยังยานลงดวงจันทร์ LK และเข้าไปข้างใน ต่อจากนั้นจึงแยก บล็อก D (สเตจที่ 5) และยาน LK ออกจากยาน LOK ก่อนที่จะจุดเครื่องยนต์ของ บล็อก D เพื่อลดระดับความสูงลง

เมื่อความเร็วลดลงและอยู่ในเส้นทางไปยังบริเวณจุดลงจอด ยาน LK จะแยกตัวออกจากบล็อก D แล้วปล่อยให้ บล็อก D ตกลงไปชนผิวดวงจันทร์ และทำการลงจอดต่อไปโดยใช้เครื่องยนต์ บล็อก E ของตัวยานเองเพื่อลดความเร็วครั้งสุดท้ายก่อนลงจอด

การลงจอดบนดวงจันทร์

ในช่วงแรก Lunokhod โพรบไร้คนขับในโปรแกรมสำรวจดวงจันทร์ของโซเวียต ได้ถูกใช้เพื่อกำหนดพื้นที่ลงจอดที่เหมาะสม และถูกใช้เป็นตัวส่งสัญญาณให้กับยาน LK หลังจากนั้นยาน LK สำรองอีกลำจะถูกส่งไปยังจุดลงจอด และในขั้นตอนสุดท้าย จึงจะมีการลงจอดของยาน LK พร้อมกับนักบินอวกาศอีก 1 คน

อย่างไรก็ตาม รายละเอียดหรือแผนการปฏิบัติงานขณะอยู่บนพื้นผิวดวงจันทร์ก็ยังเป็นที่คลุมเครือ อันเนื่องมาจากขนาดที่เล็กและน้ำหนักบรรทุกที่จำกัดของ N1 / โซยุซ LOK / LK เมื่อเทียบกับ Saturn V / อะพอลโล นั่นหมายความว่า จะมีการทดลองทางวิทยาศาสตร์ไม่มากนักที่จะเกิดขึ้นบนดวงจันทร์ โดยส่วนมากแล้ว นักบินอวกาศจะปักธงชาติสหภาพโซเวียตไว้บนดวงจันทร์, เก็บตัวอย่างดิน ถ่ายรูป, และติดตั้งอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์เพียงเล็กน้อย ซึ่งทำให้ระยะเวลาภารกิจที่ยาวนาน, โรเวอร์บนดวงจันทร์, และกิจกรรมอื่นๆที่เกิดขึ้นในโครงการอะพอลโลยุคหลังจึงไม่มีทางที่จะเป็นไปได้

เดินทางกลับสู่โลก

หลังจาก 1 วันบนผิวดวงจันทร์ เครื่องยนต์ของยาน LK จะถูกจุดขึ้นอีกครั้ง โดยใช้ส่วนลงจอดแทนฐานปล่อย เพื่อที่จะลดน้ำหนัก การจุดเครื่องยนต์จึงใช้เครื่องยนต์ที่ใช้ในการลงจอดอีกครั้งเพื่อส่ง ยาน LK กลับสู่วงโคจรดวงจันทร์ ในระหว่างการเดินทางขึ้นสู่วงโคจรดวงจันทร์ ขาตั้งลงจอดจะถูกปลดออกให้ตกกลับไปยังดวงจันทร์ เมื่อถึงวงโคจรจึงเชื่อมต่อยานอัตโนมัติกับยาน LOK โดยระบบเชื่อมต่อยาน kontakt

เมื่อเชื่อมต่อยานสำเร็จ นักบินอวกาศจะเดินอวกาศกลับมายังยาน LOK พร้อมกับตัวอย่างหินจากดวงจันทร์ หลังจากนั้นยาน LK จะถูกปลดการเชื่อมต่อออก และเครื่องยนต์ของยาน LOK จะถูกจุดขึ้นเพื่อเดินทางกลับสู่โลก

ส่วนเชื่อมต่อของยาน LK นั้นประกอบไปด้วยโครงร่างรูปตาข่ายของรูทรง 96 เหลี่ยมที่จัดเรียงในกริดไอโซเมตริก แต่ละอันสามารถที่จะเป็นจุดเชื่อมต่อยานสำหรับโพรบของยาน LOK ให้สามารถเชื่อมต่อได้โดยไม่ต้องอาศัยความแม่นยำในการเชื่อมต่อมากนัก เนื่องจากข้อจำกัดเรื่องน้ำหนัก ส่วนเชื่อมต่อจึงถูกออกแบบให้เรียบง่ายที่สุดเท่าที่จะทำได้, ด้วยส่วนเชื่อมต่อที่ใช้หลักการเชิงกล และไม่มีส่วนที่ใช้ไฟฟ้าหรือของไหลเลย การเชื่อมต่อยานและการตัดการเชื่อมต่อจึงสามารถทำได้เพียงอย่างละครั้งเท่านั้น

การออกแบบ

ยาน LK แบ่งเป็น 2 ส่วนคือ ส่วนที่ใช้ลงดวงจันทร์ (lunar landing aggregate) และส่วนที่ใช้ขึ้นจากผิวดวงจันทร์ (lunar ascent vehicle)

ในส่วนของระบบขับเคลื่อน, ทั้งการลงจอดและการขึ้นจากผิวดวงจันทร์ต่างใช้ระบบขับดัน บล็อก E ส่วนของแผงควบคุมนั้นใช้เวอร์ชันที่มีชื่อเรียกว่า "Luch"

ใน 4 ภารกิจที่ใช้ยาน LK นั้นได้ใช้ T2K ซึ่งเป็นรุ่นหนึ่งของยาน LK ซึ่งเกือบจะเหมือนกับยาน LK รุ่นมาตรฐานเพียงแต่ไม่มีขาตั้งลงจอด

ระบบ

ประกอบด้วยระบบดังนี้

• ส่วนควบคุมความดันสำหรับนักบินอวกาศ
• ระบบควบคุมการบิน
• ระบบพยุงชีพ
• ระบบควบคุมอุณหภูมิ
• ระบบควบคุมความสูง
• ส่วนลงจอดดวงจันทร์ หรือ LPU ซึ่งมีขาตั้งสำหรับลงจอด 4 อัน
• ระบบพลังงาน ซึ่งประกอบด้วยแบตเตอรี่เคมีที่ติดอยู่กับ LPU

อุปกรณ์

ประกอบด้วยอุปกรณ์ดังนี้

• เรดาห์สำหรับลงจอด Planeta
• ระบบควบคุมการบินในส่วนควบคุมความดัน
• เสาอากาศสื่อสารแบบพับเก็บได้ ได้แก่ เสาอากาศกำลังต่ำ เสาอากาศกำลังสูง และเสาอากาศรอบทิศทาง
• แบตเตอรี่ 3 ก้อน
• ส่วนบรรจุน้ำ 4 ส่วน สำหรับใช้ในส่วนจัดการการระเหย
• อุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์น้ำหนัก 105 กิโลกรัม ซึ่งประกอบด้วยแขนกลน้ำหนัก 59 กิโลกรัม และส่วานขุดเจาะที่มีอายุการใช้งานประมาณ 60 นาที

เครื่องยนต์

บล็อก E

ระบบขับดัน บล็อก E ถูกพัฒนาขึ้นที่ OKB-586 ในเมืองดนีโปรเปตรอฟสค์ เพื่อถูกใช้สำหรับเป็นเครื่องยนต์ลงจอดและบินขึ้นจากดวงจันทร์ บล็อก E เป็นหนึ่งในระบบที่มีความสำคัญมาก, ไม่เหมือนกับขั้นตอนอื่นของการเดินทางไปยังดวงจันทร์ ความผิดพลาดของบล็อก E ในขณะที่กำลังจะบินขึ้นจากพื้นผิวดวงจันทร์นั้นก่อให้เกิดผลลัพธ์เพียงอย่างเดียว นั่นคือการสูญเสียนักบินอวกาศ

เพื่อที่จะเพิ่มความน่าเชื่อถือของบล็อก E เครื่องยนต์ 11D411 จึงมีเครื่องยนต์สำรอง 11D412 อีก 1 เครื่อง โดยเครื่องยนต์ทั้งคู่ใช้ส่วนผสมระหว่าง ไดเมทิลไฮดราซีน กับไนโตรเจน เตตรอกไซด์ เป็นเชื้อเพลิง ในระหว่างการลงจอดและการบินขึ้น เครื่องยนต์ทั้งคู่จะถูกจุด และในกรณีที่เครื่องยนต์ทั้งคู่ทำงานเท่านั้น เครื่องยนต์เครื่องหนึ่งจึงจะดับลง

ประตู Clamshell จะปิดป้องกันเครื่องยนต์หลังจากลงจอดเพื่อเป็นฉนวนและเพื่อป้องกันเครื่องยนต์ทั้งคู่จากดินบนดวงจันทร์

การทดสอบ

ยาน LK รุ่น T2K ถูกทดสอบแบบไร้คนขับในวงโคจรโลก 3 ภารกิจ ซึ่งได้แก่ Kosmos 379, Kosmos 398 และ Kosmos 434 มีการทดสอบทั้งหมด 3 ครั้ง โดย

ครั้งแรกเริ่มขึ้นเมื่อ 24 พฤศจิกายน 1970

ครั้งที่ 2 เมื่อ 26 กุมภาพันธ์ 1971

ครั้งที่ 3 เมื่อ 12 สิงหาคม 1971

ทั้ง 3 ครั้งถูกส่งขึ้นไปโดยจรวด Soyuz-L การทดสอบครั้งแรกเป็นการทดสอบการทำงานตามปกติของเครื่องยนต์บล็อก E ส่วนในการทดสอบครั้งที่ 2 ถูกออกแบบให้ทดสอบการตอบสนองของยาน LK ภายใต้ความผิดปกติหลายชนิด การทดสอบทุกครั้งเป็นไปด้วยดี และได้ถูกพิจารณาว่าพร้อมสำหรับเที่ยวบินแบบมีคนขับ

22 สิงหาคม 1981 Kosmos 434 กลับสู่ชั้นบรรยากาศโลกเหนือออสเตรเลีย โดยทางออสเตรเลียกังวลว่ามันอาจจะมีการปนเปื้อนสารกัมมันตรังสี เหมือนกับ Kosmos 954 (ซึ่งบรรจุเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เอาไว้) แต่ทางกระทรวงการต่างประเทศของโซเวียตกล่าวว่ามันเป็นเพียงชิ้นส่วนของยานลงดวงจันทร์

การยกเลิกโครงการ

ความสำเร็จของโครงการอะพอลโลในการนำนักบินอวกาศไปลงดวงจันทร์ในปี 1969 แสดงให้เห็นชัดว่าสหรัฐอเมริกาเป็นผู้ชนะในการแข่งขันไปดวงจันทร์ แต่แผนการต่างๆยังคงมีการวางแผนไปจนถึงช่วงต้นของทศวรรษที่ 1970 มีความพยายามในการปล่อยจรวด N1 ถึง 4 ครั้งด้วยกัน โดยใน 2 ครั้งหลังนั้นมีการนำยาน LK บรรทุกไปด้วย แต่การส่งทุกครั้งก็พบกับความล้มเหลว ต่อมาได้มีการวางแผนไปยังดวงจันทร์ด้วยยาน LK และ โซยุส 7K-LOK โดยเป็นภารกิจบินผ่านและลงจอดบนดวงจันทร์แบบไร้นักบินอวกาศเพื่อเป็นการปูทางไปยังการพานักบินอวกาศไปลงดวงจันทร์ ไปกับการปล่อยจรวดครั้งที่ 5 ในช่วงเดือนสิงหาคม ปี 1974 แต่โครงการก็ได้ถูกยกเลิกก่อนในเดือนพฤษภาคมของปีเดียวกัน และทางโซเวียตเองก็ได้หันไปให้ความสนใจกับสถานีอวกาศที่อยู่ในช่วงเริ่มต้นพัฒนา